[发明专利]一种含六铝酸钙的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法

说明书

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种含六铝酸钙的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法。该绝隔热耐火材料由基础原料、添加料和水制成；耐火材料含有六铝酸钙晶相，耐火材料的化学组成中CaO的质量百分含量为3.5～15％。该含六铝酸钙的微纳孔绝隔热耐火材料外观呈白色、亚白色、淡黄色或黄色；耐火材料中，气孔孔径分布在0.006～250μm间，平均孔径0.1～20μm。耐火材料中微纳米尺寸气孔结构的存在保证了制品在低体积密度、高强度下较佳的绝隔热性能。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种含六铝酸钙的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法。特别是涉及一种具有微纳米尺寸气孔结构、超低导热和体积密度、高气孔率、高强度并绿色可控制备的含六铝酸钙的微纳孔绝隔热耐火材料。

背景技术

高温工业是我国工业生产中的主要耗能产业，各类窑炉的热能利用率低是其能耗大的主要原因，若能按国家要求将平均热效率提高20％，可节约能源相当于2.2亿吨标煤，可见我国高温工业节能潜力巨大。要提高工业窑炉热效率，最重要的就是发展高效保温技术，采用先进隔热材料，加强窑体保温效果，减少散热损失。

目前，我国隔热材料虽在不断改进和完善，但仍然无法满足高温工业愈来愈苛刻的隔热环境与要求。现在窑炉用保温材料多采用耐火纤维制品或轻质隔热砖。

耐火纤维制品的隔热性能虽然较好，但其对烧成气氛较敏感，易与还原性和腐蚀性气体反应，使其失去良好的隔热性能；且其在高温环境中长期服役，组成颗粒易析晶并长大，引起应力集中，导致隔热层的粉化，缩短使用寿命；此外，陶瓷纤维还危害人体健康，欧盟已将其列为二级致癌物。

传统的轻质隔热砖虽可克服耐火纤维制品的上述缺陷，但其多通过添加大量造孔剂(如聚苯乙烯颗粒、锯木屑、木炭、无烟煤灰、焦炭粉等)的方法制得，这些造孔剂在坯体中占据一定空间，经烧成后，造孔剂离开基体中原来的位置而形成气孔，从而获得轻质隔热耐火材料，这种方法简单易控，且生产效率较高，但此法所制制品的气孔率不高、气孔孔径较大、隔热效果较差且易产生应力集中而开裂，使强度较低。另外，其制备过程中采用的造孔剂多为有机烧失物，使原料成本较高，且其烧成时放出大量有毒有害气体，如无烟煤、锯木屑及焦炭粉等在较低温度下便可产生大量的硫氧化物，聚苯乙烯颗粒则产生苯乙烯、甲苯及氮/碳/氧化物及二噁英等，同时还会产生大量的VOCs微细颗粒物，严重污染环境，危害人体健康及周边农作物的生产。近年来，随着我国环保管控的不断加强，不少企业已经减产或停工。因此，迫切需要开发研究隔热性、耐久性和力学性能俱佳且绿色可控制备的高温工业用新型绝隔热耐火材料。

六铝酸钙(CaO·6Al₂O₃，缩写为CA6)是Al₂O₃-CaO二元系统中氧化铝含量最高且熔点最高的化合物，属于六方晶系，在垂直于C轴方向优先形成板片状结构。六铝酸钙的理论密度是3.79g/cm³，熔点为1875℃，导热系数小(8.0×10^-6℃^-1，20～1000℃)，与氧化铝的相近，二者可以任何比例配合使用，同时在还原性气氛(CO)和碱性环境中的化学稳定性好，对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低，其有望成为拥有优良性能的新型耐火材料。在含六铝酸钙的陶瓷材料中引入气孔可使其热导率进一步降低，从而制备具出具有优良综合性能的含六铝酸钙的隔热耐火材料，特别适用于有色、冶金、石化及陶瓷等领域高温热工设备保温隔热，具有非常广阔的发展空间和应用前景。

本课题组在前期已就轻质隔热耐火材料进行了大量应用研究，已形成了微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料(CN103951452A)、微孔轻质硅砖(CN105565850A)等研究成果。在相同强度等级下，如何进一步有效降低隔热耐火材料的热导率及体积密度，从而利于轻型环保型窑炉的建造成为下一步的研究重点。

发明内容